CN103234376A - 一种高性能复合结构超导平板热管 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种复合结构超导平板热管，其特征在于，包括密封壳体，密封壳体内部设有至少三个支肋，密封壳体内部经由所述的支肋分隔为多个独立的蒸汽腔体，蒸汽腔体内设有传热工质，密封壳体内壁设有截面为三角形的沟槽，每个蒸汽腔体内设有至少一个由金属网或泡沫金属构成的管状毛细结构，所述管状毛细结构的截面为矩形或圆形。本发明的复合结构超导平板热管是一种具有超导热性能的导热元件。复合结构超导平板热管的表观热传导率是同样金属材质热传导率的一万倍左右，是具有同样表面积的传统圆形热管的换热能力的5～20倍，承压能力是后者的10～20倍以上，而成本则只有传统热管的1/3以下。

Description

一种高性能复合结构超导平板热管

技术领域

本发明涉及一种高性能复合结构超导平板热管。

背景技术

随着IT、通讯、电力电子、LED、绿色能源等行业的飞速发展，其中所用电子元气件的发热及热损耗功率也在不断提高，利用传统的散热组件已很难很好的解决相关的热传问题。

在大功率、高热源密度的热量传输中，现在散热模块中传热组件热管和铝平板热管被广泛使用，如图1所示，为传统热管工作原理图，所述的热管包括壳体12，壳体12内设有流体通道13和蒸汽通道14，流体通道13内设有吸液芯毛细多孔材料18，将壳体12内抽成1.3×(10^-3～10^-4)Pa的负压后充以适量的工作液体，使紧贴腔体内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体后加以密封。壳体12的一端为蒸发段(加热段)15，中部为绝热段16，另一端为冷凝段(冷却段)17。壳体12的一端受热时吸液芯毛细多孔材料18中的液体蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向另一端放出热量凝结成液体，液体沿吸液芯毛细多孔材料18靠毛细力的作用流回蒸发段。如此循环不已，热量Q由热管的一端传至另一端。壳体12主要以薄壁紫铜管为主，而吸液芯毛细多孔材料18多以烧结粉末、编织金属网、沟槽等结构或复合结构为主，工作液大多为高纯水。此HP制程简单、工艺成熟，为业界普遍采用，但其具有热传输量小、传输距离短、打扁易变形、结构强度低等问题，尤其在打扁到2.0mm以下时，热传输性能大幅衰减等应用缺陷。

如图2所示，为传统铝平板热管工作原理图，所述的传统铝平板热管包括壳体6，壳体6内设有流体通道7和蒸汽通道8，将壳体6内抽成1.0×(10^-2～10^-3)Pa的负压后充以适量的工作液体，密封。壳体6内部的一端为蒸发段(加热段)9，中部为绝热端10，另一端为冷凝段(冷却段)11。壳体6的一端受热时液体蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向另一端放出热量Q凝结成液体，液体沿重力方向流回蒸发段，如此循环不已，热量由热管的一端传至另一端。

铝平板热管多以微槽阵列管为壳体，通过密封壳体内工质的相变传热，并利用重力或吸液芯的毛细力将冷却端的工作液体回流到加热端，从而构成热传输循环。当毛细力不足以使工作液体从冷凝段流回蒸发段时，热管达到了毛细极限，蒸发段的吸液芯会发生干涸。而铝平板热管的吸液芯毛细力多由槽道棱角处的表面张力产生的，毛细力相对较弱，其冷却液的回流主要靠重力作用完成，所以以铝平板热管制作的散热产品一般采用热源在下方，冷凝段在上部的垂直使用方式，这也严重影响了铝平板热管的应用范围。而且，由于蒸汽通道和回流通道不能完全分开，也影响了传统铝平板热管的热传输性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种热阻小、热反应快速、传热量大、重量轻体积小、结构简单、结构强度大、可在无重力场下使用的复合结构超导平板热管。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种复合结构超导平板热管，其特征在于，包括密封壳体，密封壳体内部设有至少三个支肋，密封壳体内部经由所述的支肋分隔为多个独立的蒸汽腔体，蒸汽腔体内设有传热工质，密封壳体内壁设有截面为三角形的沟槽，每个蒸汽腔体内设有至少一个由金属网或泡沫金属构成的管状毛细结构，所述管状毛细结构的截面为矩形或圆形。

优选地，所述的至少三个支肋平行设置，支肋的外壁也设有截面为三角形的沟槽。

优选地，所述的沟槽的夹角α为5°～45°，深度D为0.2mm～0.7mm。

优选地，所述的金属网的网孔为150～300目，所述的泡沫金属的孔径为100～200目。

优选地，所述的金属网或泡沫金属的材质为铜、铝、钢或镍钢。

优选地，所述的密封壳体的厚度T为2.0mm～8.0mm之间，宽度W为12.0mm～100.0mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的复合结构超导平板热管是一种具有超导热性能的导热元件。复合结构超导平板热管的表观热传导率是同样金属材质热传导率的一万倍左右，是具有同样表面积的传统圆形热管的换热能力的5～20倍，承压能力是后者的10～20倍以上，而成本则只有传统热管的1/3以下。

附图说明

图1为传统热管工作原理图；

图2为传统铝平板热管工作原理图；

图3为复合结构超导平板热管的密封外壳以及支肋结构示意图；

图4为复合结构超导平板热管的密封外壳以及支肋截面图；

图5为复合结构超导平板热管的密封外壳以及支肋放大图；

图6为复合结构超导平板热管的沟槽示意图；

图7为实施例1中复合结构超导平板热管结构示意图(未示出全部5个支肋)；

图8为实施例2中复合结构超导平板热管结构示意图；

图9为实施例3中复合结构超导平板热管结构示意图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

实施例1

一种复合结构超导平板热管，包括密封壳体1，密封壳体1的厚度一般在2.0mm～8.0mm之间，宽度在12.0mm～100.0mm之间。如图4所示，密封壳体1内部设有五个支肋2，如图5所示，密封壳体1内部经由所述的支肋2分隔为6个独立的蒸汽腔体3，蒸汽腔体3内设有传热工质，密封壳体1内壁设有截面为三角形的沟槽4，每个蒸汽腔体3内设有一个由金属网构成的管状毛细结构5，所述管状毛细结构5的截面为矩形。所述的五个支肋2平行设置，支肋2的外壁也设有截面为三角形的沟槽4。

以铝或铜作为密封壳体1所用材质，通过挤压成型，制作出如图3所示的扁平的密封外壳1，并在密封外壳1内加工出支肋2，支肋2既加强了密封壳体1的结构强度，同时将密封壳体1分为若干个独立的蒸汽腔体3。在密封壳体1内表面加工出微小的截面为三角形的沟槽4，如图6所示，沟槽4的夹角α为5°，沟槽4的深度D为0.2mm。沟槽4为传热工质的回流提供了一定的毛细力；可以有效提升平板热管的传热性能。但在高热流密度或大功率热量传输及负重力应用中，只依靠沟槽4的毛细力是远不够的，还需要在壳体表面附加新的毛细结构构成复合毛细结构，如图7所示，以150目网孔的铜网制成截面为矩形的管状毛细结构5，通过穿网治具将管状毛细结构5定位并贴壁置于蒸汽腔体3内，从而使管状毛细结构与带沟槽4的密封壳体1构成复合结构平板壳体。复合结构平板壳体具有优异的复合毛细结构，并将工质回流通道与蒸汽通道分隔开，从而可以大幅提升复合结构超导平板热管的传热性能。

复合结构超导平板热管，利用如上所述复合结构平板壳体为密封壳体及毛细结构，将复合结构壳体一端密封，并将每个蒸汽腔体3内注入等量传热工质水，抽真空至1.0～6.0x10^-3Pa，密封另一端。形成具有多个独立密封腔体，并具有超强毛细效果的复合结构超导平板热管。在复合结构超导平板热管吸收热量，传热工质相变为汽体，穿过管状毛细结构5，进入各个独立蒸汽腔体3，传输到冷却端，在冷却端冷凝为液态后，通过管状毛细结构5和沟槽4(液体流道)的毛细力将传热工质回流到蒸发端，从而在腔体内形成传热循环。

复合结构超导平板热管具有一定厚度的支肋2，是通过一次挤压成型而成，其与上下壁面连接为一体，并在与上下壁面相交的交线处成型一定的圆角；而且在支肋2的表面，也成型有相应的沟槽4。支肋2将一个大的扁平的密封壳体1空间分割成相对独立的多个小空间，从而形成多个独立的微循环热管结构，同时支肋2可以很好的增强密封壳体1的结构强度，改善一般热管由于打扁成形所造成的上下面凹陷，或由于中空结构所造成的结构强度不强的问题。支肋2还可以增加密封壳体1内传热工质的蒸发表面积，同时可以增强复合结构超导平板热管的上下壁面的热量交换和传导。

复合结构超导平板热管是一种具有超导热性能的导热元件。复合结构超导平板热管的表观热传导率是同样金属材质热传导率的一万倍左右，是具有同样表面积的传统圆形热管的换热能力的5～20倍，承压能力是后者的10～20倍以上，而成本则只有传统热管的1/3以下。

实施例2

如图8所示，为实施例2中复合结构超导平板热管结构示意图，所述的复合结构超导平板热管类似于实施例1，区别在于：所述的密封壳体1内部设有三个支肋2，密封壳体1内部经由所述的支肋2分隔为4个独立的蒸汽腔体3，每个蒸汽腔体3内均匀设有2个由泡沫铝构成的管状毛细结构5。泡沫铝的孔径为100目。沟槽4的夹角α为45°，深度D为0.7mm。密封壳体1的厚度T为8.0mm，宽度W为100.0mm。

实施例3

如图9所示，为实施例3中复合结构超导平板热管结构示意图，所述的复合结构超导平板热管类似于实施例1，区别在于：所述的密封壳体1内部设有三个支肋2，密封壳体1内部经由所述的支肋2分隔为4个独立的蒸汽腔体3，每个蒸汽腔体3内设有4个截面为圆形的由泡沫铝构成的管状毛细结构5。泡沫铝的孔径为200目。沟槽4的夹角α为30°，深度D为0.5mm。密封壳体1的厚度T为5.0mm之间，宽度W为60.0mm。

Claims (5)

1.一种复合结构超导平板热管，其特征在于，包括密封壳体(1)，密封壳体(1)内部设有至少三个支肋(2)，密封壳体(1)内部经由所述的支肋(2)分隔为多个独立的蒸汽腔体(3)，蒸汽腔体(3)内设有传热工质，密封壳体(1)内壁设有截面为三角形的沟槽(4)，每个蒸汽腔体(3)内设有至少一个由金属网或泡沫金属构成的管状毛细结构(5)，所述管状毛细结构(5)的截面为矩形或圆形。

2.如权利要求1所述的复合结构超导平板热管，其特征在于，所述的至少三个支肋(2)平行设置，支肋(2)的外壁也设有截面为三角形的沟槽(4)。

3.如权利要求1所述的复合结构超导平板热管，其特征在于，所述的沟槽(4)的夹角α为5°～45°，深度D为0.2mm～0.7mm。

4.如权利要求1所述的复合结构超导平板热管，其特征在于，所述的金属网的网孔为150～300目，所述的泡沫金属的孔径为100～200目。

5.如权利要求1所述的复合结构超导平板热管，其特征在于，所述的密封壳体(1)的厚度T为2.0mm～8.0mm之间，宽度W为12.0mm～100.0mm。

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